DE102010009389A1

DE102010009389A1 - Assembly for torque transmission

Info

Publication number: DE102010009389A1
Application number: DE102010009389A
Authority: DE
Inventors: Thomas Karais; Volkhard Walther
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-01
Anticipated expiration: 2030-02-27
Also published as: EP2372182A1; DE102010009389B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baueinheit (1) mit zwei Drehmoment übertragenden, konzentrisch angeordneten Bauteile (2, 12), wobei das erste Bauteil (2) eine Oberfläche (3) mit einer äußeren Verzahnung (4) aufweist, das zweite Bauteil (12) eine Oberfläche (13) mit einer inneren Verzahnung (14) aufweist, die in die äußere Verzahnung (4) eingreift, und eines der beiden Bauteile (2, 12) ein Funktionselement (10) aufweist, welches eine unterschiedliche Belastung der einzelnen Zähne (5, 15) mindestens einer der Verzahnungen (4, 14) bewirkt, wobei zumindest eine der Verzahnungen (4, 14) einen Teilungsfehler aufweist, um die durch das Funktionselement (10) erzeugten, unterschiedlichen Zahnbelastungen zu vergleichmäßigen.The invention relates to a structural unit (1) with two torque-transmitting, concentrically arranged components (2, 12), the first component (2) having a surface (3) with external teeth (4) and the second component (12) one Surface (13) with an internal toothing (14) which engages in the outer toothing (4), and one of the two components (2, 12) has a functional element (10) which has a different load on the individual teeth (5, 15) causes at least one of the toothings (4, 14), at least one of the toothings (4, 14) having a pitch error in order to even out the different tooth loads generated by the functional element (10).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Baueinheit mit zwei Drehmoment übertragenden, konzentrisch angeordneten Bauteilen, wobei das erste Bauteil eine Oberfläche mit einer äußeren Verzahnung aufweist, das zweite Bauteil eine Oberfläche mit einer inneren Verzahnung aufweist, die in die äußere Verzahnung eingreift, und eines der beiden Bauteile ein Funktionselement aufweist, welches eine unterschiedliche Belastung der einzelnen Zähne mindestens einer der Verzahnungen bewirkt.The invention relates to a structural unit with two torque-transmitting, concentrically arranged components, wherein the first component has a surface with an external toothing, the second component has a surface with an internal toothing, which engages in the external toothing, and one of the two components Has functional element which causes a different load on the individual teeth of at least one of the teeth.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Derartige Baueinheiten sind der Fachwelt in den unterschiedlichsten Anwendungen, beispielsweise als Getriebeverzahnungen, bekannt. Die Verzahnungen der Bauteile weisen Zähne auf, die alle bzw. fast alle äquidistant voneinander beabstandet sind. Daneben gibt es Bereiche, in denen die Verzahnung beispielsweise durch Ausnehmungen für Vorsynchronisationselemente unterbrochen ist oder die Zähne breiter ausfallen und dann beispielsweise eine Zahnlücke in der Gegenverzahnung eingebracht ist, um die Bauteile korrekt zueinander zu positionieren.Such units are known in the art in a variety of applications, such as gear teeth. The teeth of the components have teeth which are all or almost all equidistant from each other. In addition, there are areas in which the toothing is interrupted for example by recesses for Vorsynchronisationselemente or the teeth turn out wider and then, for example, a tooth gap is introduced in the counter toothing to correctly position the components to each other.

Aus DE 38 17 767 A1 ist eine hülsenartige Schiebemuffe bekannt, die mit einer Innenverzahnung in die Außenverzahnung eines zylindrischen Synchronkörpers eingreift. Um die durch Härteverzüge entstandene Kippneigung der Schiebemuffe zu reduzieren, ist der Zahndurchmesser der Verzahnung so angepasst, dass eine exakte Gleitführung der Schiebemuffe unter Einhaltung definierter Spiele gesichert ist.Out DE 38 17 767 A1 is a sleeve-like sliding sleeve known, which engages with an internal toothing in the external toothing of a cylindrical synchronizer body. In order to reduce the tilting tendency of the sliding sleeve caused by hardness distortions, the tooth diameter of the toothing is adjusted so that an exact sliding guide of the sliding sleeve is ensured in compliance with defined games.

DE 100 18 094 A1 offenbart eine Schiebemuffe mit einem spanlos hergestellten, wellenförmigen, eine Innenverzahnung aufweisenden Muffenkörper und Scheiben als Schaltgabelführungen. Die Scheiben greifen mit nach innen ragenden Keilen in den Muffenkörper ein. Dabei können die Profile des Muffenkörpers und der Scheiben mit gleicher oder abweichender Teilung ineinander greifen. DE 100 18 094 A1 discloses a sliding sleeve with a chipless produced, wave-shaped, internally toothed sleeve body and discs as shift fork guides. The discs engage with inwardly projecting wedges in the sleeve body. The profiles of the sleeve body and the discs with the same or different pitch can interlock.

Dadurch dass bei den Baueinheiten des Standes der Technik häufig die einzelnen Bauteile nicht rotationssymmetrisch sind, sei es, weil die Verzahnungen nicht voll umlaufen, sondern in Verzahnungssegmente gegliedert sind, sei es, aus geometrischen Gründen, wirken auf die einzelnen Zähne unterschiedliche Kräfte. Insbesondere die Zähne einer Verzahnung, die Zahnfenstern benachbart sind, erfahren eine starke Überhöhung der Zahnkraft, während die übrigen Zähne deutlich weniger Last übertragen. In den Bauteilen entstehen somit unerwünschte Spannungsspitzen, die zum Ausfall führen können bzw. einer weiteren Materialreduzierung der Bauteile entgegenstehen. Bei Bauteilen mit Zahnfenstern sind insbesondere der erste und letzte Zahn eines Verzahnungssegments kritisch, da deren Zahnkräfte die Kerbspannungen im Zahnfenster und damit des ganzen Bauteils besonders stark bestimmen.Due to the fact that often the individual components are not rotationally symmetrical in the structural units of the state of the art, either because the teeth are not fully circulated, but are divided into toothed segments, it is, for geometrical reasons, different forces acting on the individual teeth. In particular, the teeth of a toothing, the tooth windows are adjacent experience a strong elevation of the tooth force, while the other teeth transmit significantly less load. In the components thus unwanted voltage peaks, which can lead to failure or oppose further material reduction of the components. In the case of components with toothed windows, in particular the first and last tooth of a toothed segment are critical, since their tooth forces particularly strongly determine the notch stresses in the toothed window and thus of the entire component.

Zur Lösung dieses Problems sind bei diversen Konstruktionen der erste und letzte Zahn eines Segments durch Dickenreduzierung komplett außer Eingriff genommen, wodurch der Belastungseintrag in das Gegenbauteil etwas vom Zahnfenster weggerückt wird. Die Problematik der ungleichmäßigen Lastverteilung zwischen den Zähnen bleibt jedoch dabei im Grundsatz bestehen und verschiebt sich nur um einen Zahn. Außerdem stehen weniger tragende Zähne zur Drehmomentübertragung zur Verfügung.To solve this problem, in various constructions, the first and last tooth of a segment are completely disengaged by reducing the thickness, whereby the load entry into the counterpart component is moved away somewhat from the toothed window. However, the problem of uneven load distribution between the teeth remains in principle and shifts only by one tooth. In addition, less load-bearing teeth are available for torque transmission.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Baueinheit zu schaffen, die bei gleichem Bauraum ein höheres Drehmoment übertragen kann bzw. deren Lebensdauer gesteigert ist.The object of the invention is therefore to provide a structural unit which can transmit a higher torque with the same space or their life is increased.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Baueinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zumindest eine der Verzahnungen einen Teilungsfehler aufweist, um die durch das Funktionselement bzw. die Geometrie der Bauteile erzeugten, unterschiedlichen Zahnbelastungen zu vergleichmäßigen. Die mittels an sich bekannter Finite-Elemente-Methoden berechnete Abweichungen der einzelnen Zähne voneinander durch Asymmetrien, Anordnungsversatz oder Zahnprofilvariation, Teilungsfehler genannt, wird somit gezielt dazu eingesetzt, die am stärksten belasteten Bereiche der Bauteile zu entlasten. In jedem Fall wird durch Einführung eines speziell angepassten Teilungsfehlers bei ansonsten gleicher Bauart der Bauteile die Übertragungssicherheit erheblich gesteigert.According to the invention this object is achieved in a structural unit according to the preamble of claim 1, characterized in that at least one of the teeth has a pitch error to equalize the generated by the functional element or the geometry of the components, different tooth loads. The calculated by means of known finite element methods deviations of the individual teeth from each other by asymmetries, arrangement offset or tooth profile variation, called pitch error, is thus specifically used to relieve the most heavily loaded areas of the components. In any case, by introducing a specially adapted division error with otherwise identical design of the components transmission reliability significantly increased.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Synchronisiereinheit beschrieben. Sie ist genauso auf andere Getriebeanwendungen wie auch ganz allgemein auf Welle-Naben-Verbindungen anwendbar.The invention will be described below with reference to a synchronizing unit. It is equally applicable to other transmission applications as well as more generally to shaft-hub connections.

Erfindungsgemäß betrifft der Teilungsfehler nicht nur einen Zahn, sondern mindestens zwei benachbarte Zähne. Ist das Funktionselement als eine Ausnehmung bzw. als ein Zahnfenster ausgebildet, sind die zu entlastenden Bereiche meistens die direkt an die Ausnehmung angrenzenden Zähne.According to the invention, the pitch error does not only affect one tooth, but at least two adjacent teeth. If the functional element is designed as a recess or as a toothed window, the areas to be relieved are usually the teeth directly adjacent to the recess.

In einer Variante ist vorgesehen, jeden oder fast jeden Zahn mit einem Teilungsfehler zu versehen, so dass der Zahn, der am stärksten belastet ist, nur unwesentlich stärker als der am wenigsten belastete Zahn belastet ist. Idealerweise werden die Belastungsunterschiede durch den Teilungsfehler um mindestens 80% gemindert. In der Regel wird die Berechnung des Teilungsfehlers daher zu einer Verzahnung führen, die im Betrieb der Synchronisiereinheit eine weitgehend gleichmäßige Kraftverteilung auf alle Zähne sicherstellt. Alternativ ist auch denkbar, in Bezug auf die Verzahnung gezielt ungleichmäßige Kraftverteilung einzubringen, die aber zu besonders niedrigen Spannungen in den mit der Verzahnung verbundenen oder zusammenwirkenden Bauteilen führt. Dadurch kann die Synchronisiereinheit mit weniger Material ausgelegt werden, was einen Gewichtsvorteil und einen Bauraumvorteil ergibt. In Versuchen hat sich herausgestellt, dass die Spannungen in Synchronkörpern als ersten Bauteilen und als Schiebemuffen ausgebildeten zweiten Bauteilen um bis zu 30% zurückgehen. Dies erlaubt gegebenenfalls sogar, einen Synchronkörper aus Blech in der Synchronisiereinheit zu verwenden, womit erhebliche Material- und Gewichtseinsparungen einhergehen.In a variant, it is provided to provide each or almost every tooth with a pitch error, so that the tooth, which is the most heavily loaded, only slightly more heavily loaded than the least loaded tooth. Ideally, the load differences are reduced by at least 80% due to the pitch error. In general, the calculation of the pitch error will therefore lead to a toothing, which ensures a largely uniform force distribution to all teeth during operation of the synchronizer. Alternatively, it is also conceivable to introduce specifically uneven force distribution in relation to the toothing, but this leads to particularly low stresses in the components connected or interacting with the toothing. As a result, the synchronization unit can be designed with less material, which results in a weight advantage and a space advantage. Experiments have shown that the stresses in synchronizer bodies as first components and second components designed as sliding sleeves are reduced by up to 30%. This possibly even allows to use a synchronous body made of sheet metal in the synchronizing unit, which involves considerable material and weight savings.

Bei der Auslegung des Teilungsfehlers kann daher je nach Art der verwendeten Bauteile entweder auf die Optimierung der gesamten Synchronisiereinheit abgestellt werden. Alternativ sind einzelne Bauteile bzw. Bereiche gezielt etwas höher belastet, um andere so entlasten, dass ein zusätzlicher Vorteil in der Herstellung, z. B. durch Einsparen von Fertigungsschritten, Material oder Ermöglichen alternativer Fertigungsverfahren, erwächst.In the interpretation of the pitch error can therefore be adjusted either to the optimization of the entire synchronization unit depending on the type of components used. Alternatively, individual components or areas are specifically charged slightly higher, so as to relieve others that an additional advantage in the production, for. B. by saving manufacturing steps, material or enabling alternative manufacturing processes, grows.

Das Einstellen des künstlichen Teilungsfehlers kann durch Änderung der Dicke der Zähne, durch unterschiedliche Zahnprofile und/oder durch die Anordnung der Zähne in der Verzahnung erfolgen. Die Verzahnungen sind somit nicht geometrisch ideal realisiert, sondern die einzelnen Zähne sind dicker oder dünner ausgeführt, weisen unterschiedliche Querschnitte oder Profile auf oder sind bezüglich der geometrisch idealen Position leicht versetzt. Der Teilungsfehler kann sich selbstverständlich auch aus einer Kombination dieser Maßnahmen zusammensetzen.The setting of the artificial pitch error can be done by changing the thickness of the teeth, by different tooth profiles and / or by the arrangement of the teeth in the toothing. The teeth are thus not realized geometrically ideal, but the individual teeth are made thicker or thinner, have different cross-sections or profiles or are slightly offset with respect to the geometrically ideal position. Of course, the pitch error can also be composed of a combination of these measures.

Der Teilungsfehler führt zu einem verstimmten Zahneingriff, d. h. die Zähne stehen nicht bei jeder Belastung alle gleichzeitig im Eingriff, sondern infolge der erforderlichen elastischen Verformung erst bei einer bestimmten Lastverteilung, die einen vorgegebenen, durch die Art und Größe des Teilungsfehlers einstellbaren Schwellwert überschreitet. Wird die Last auf die die geringen Drehmomente übertragenden Zähne zu groß, verformen sie sich leicht, so dass mehr Zähne zum Tragen kommen. Bei zunehmender Belastung werden daher sukzessive mehr Zähne an der Drehmomentübertragung beteiligt, bis bei maximalem Drehmomenteintrag sinnvollerweise alle Zähne zur Drehmomentübertragung beitragen. Damit ergibt sich eine belastungsabhängige Lastverteilung. Im Ergebnis führt dies dazu, dass einzelne Zähne zwar bei bestimmten oder allen Betriebsbedingungen höher belastet sind als die Zähne einer geometrisch idealen Verzahnung; die Spitzenbelastung der unter den ungünstigst möglichen Betriebsbedingungen am stärksten beanspruchten Zähne bzw. Bereiche der Synchronisierbauteile nimmt jedoch ab. Da die Synchronisiereinheit auf diese Spitzenbelastung auszulegen ist, erhöht sich durch den gezielten Teilungsfehler insgesamt die Lebensdauer bzw. das übertragbare Drehmoment.The pitch error leads to a detuned meshing, d. H. the teeth are not engaged at each load at the same time, but due to the required elastic deformation only at a certain load distribution, which exceeds a predetermined, adjustable by the nature and size of the pitch error threshold. If the load on the teeth transmitting the low torques becomes too great, they deform slightly, so that more teeth come into play. As the load increases, therefore, more and more teeth are involved in the transmission of torque until, with the maximum torque input, all the teeth meaningfully contribute to the transmission of torque. This results in a load-dependent load distribution. As a result, this means that individual teeth are indeed loaded higher under certain or all operating conditions than the teeth of a geometrically ideal toothing; However, the peak load of under the worst-case operating conditions most stressed teeth or areas of Synchronisierbauteile decreases. Since the synchronization unit is to be designed for this peak load, the overall lifetime and / or the transmittable torque increases as a result of the targeted division error.

Durch die sich im Betrieb einstellende optimierte Zahnkraftverteilung werden die Verzahnung und ihre Gegenverzahnung sowie die sie tragenden Bauteile deutlich niedriger beansprucht. Es hat sich herausgestellt, dass der Teilungsfehler bei Getriebesynchronisationen für Personenkraftwagen im Bereich von einigen Mikrometern bis maximal wenigen hundertstel Millimetern liegt. Er ist in jedem Fall um eine oder mehrere Größenordnungen kleiner als die Abmessungen der Zähne selbst.By adjusting in operation optimized tooth force distribution, the teeth and their counter teeth and the components carrying them are claimed significantly lower. It has been found that the pitch error in transmission synchronization for passenger cars in the range of a few microns to a maximum of a few hundredths of a millimeter. It is in any case one or more orders of magnitude smaller than the dimensions of the teeth themselves.

Um die Herstellungskosten durch Nachbearbeitung oder zu hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit in einem vertretbaren Rahmen zu halten, sollte der minimale Teilungsfehler eine herstellungstechnologiebedingte untere Grenze nicht unterschreiten. Bei der Berechnung des Teilungsfehlers für die übrigen Zähne sollte diese untere Grenze berücksichtigt werden.In order to keep the manufacturing costs by post-processing or excessive demands on the manufacturing accuracy within a reasonable range, the minimum pitch error should not fall below a manufacturing technology-related lower limit. When calculating the pitch error for the remaining teeth, this lower limit should be taken into account.

Prinzipiell ist die Einstellung des Teilungsfehlers auf der Verzahnung eines Synchronisierbauteils ausreichend. Es können aber auch sowohl die Verzahnung als auch ihre Gegenverzahnung Teilungsfehler enthalten.In principle, the setting of the pitch error on the toothing of a synchronizing component is sufficient. But it can also contain both the teeth and their counter teeth splitting errors.

Ist das erste Synchronisierbauteil ein Synchronkörper und das zweite Synchronisierbauteil eine Schiebemuffe, so ist es vorteilhaft, den Teilungsfehler in der Verzahnung des Synchronkörpers vorzusehen, wenn der Zahneingriff zum Kupplungskörper nicht beeinflusst werden soll.If the first synchronizing component is a synchronizer body and the second synchronizing component is a sliding sleeve, it is advantageous to provide the pitch error in the toothing of the synchronizer body when the tooth engagement with the coupling body is not to be influenced.

Die Herstellung des Teilungsfehlers innerhalb einer Verzahnung kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass, insbesondere bei Sinterbauteilen oder in kaltumformtechnisch hergestellten Verzahnungen, die verstimmte Zahngeometrie in das Fertigungswerkzeug eingebracht wird.The production of the pitch error within a toothing can be effected in a simple manner by introducing the detuned tooth geometry into the production tool, in particular in the case of sintered components or toothings produced by cold forming.

Die Erfindung ist prinzipiell auf jede Welle-Nabe-Verbindung anwendbar, bei der die Bauteile nicht rotationssymmetrisch sind und über eine Verzahnung miteinander in Eingriff stehen. Sie eignet sich insbesondere für Kupplungsverzahnungen und Getriebesynchronisierungen.The invention is in principle applicable to any shaft-hub connection in which the components are not rotationally symmetrical and are engaged with each other via a toothing. It is particularly suitable for clutch gears and gearbox synchronization.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing

Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is expediently explained in more detail with reference to drawings. Show it:

1 einen Querschnitt einer Baueinheit nach dem Stand der Technik am Beispiel eines Synchronkörpers und einer Schiebemuffe, 1 a cross section of a structural unit according to the prior art using the example of a synchronizer body and a sliding sleeve,

2 eine perspektivische Darstellung der Baueinheit aus 1, 2 a perspective view of the unit 1 .

3 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Bauteinheit am Beispiel eines Synchronkörpers und einer Schiebemuffe, 3 a cross section of a building unit according to the invention using the example of a synchronizer body and a sliding sleeve,

4 einen vergrößerten Ausschnitt des Synchronkörpers aus 3, 4 an enlarged section of the synchronizer body 3 .

5a eine Grafik über die Durchmesserabweichung der Zähne vom mittleren Zahndurchmesser eines Synchronkörpers des Standes der Technik, dessen Verzahnung zwischen zwei Ausnehmungen zwölf Zähne aufweist, 5a a diagram about the diameter deviation of the teeth of the average tooth diameter of a synchronous body of the prior art, the teeth between two recesses has twelve teeth,

5b die aus der Zahngeometrie nach 5a resultierende Kraftverteilung auf die einzelnen Zähne, 5b from the tooth geometry 5a resulting force distribution on the individual teeth,

6a eine Grafik über die Durchmesserabweichung der Zähne vom mittleren Zahndurchmesser eines erfindungsgemäßen Synchronkörpers, dessen Verzahnung zwischen zwei Ausnehmungen zwölf Zähne aufweist, und 6a a graphic of the diameter deviation of the teeth of the average tooth diameter of a synchronizer according to the invention, the toothing between two recesses having twelve teeth, and

6b die aus der Zahngeometrie nach 6a resultierende Kraftverteilung auf die einzelnen Zähne. 6b from the tooth geometry 6a resulting force distribution on the individual teeth.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

Die 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Baueinheit als Synchronisiereinheit 1. Die Synchronisiereinheit 1 weist einen Synchronkörper 2 als ein erstes Bauteil auf, an dessen nach außen gerichteten Oberfläche 3 eine äußere Verzahnung 4 angeordnet ist. Der Synchronkörper 2 weist als Nabe eine Wellenverzahnung 8 auf, mit der er drehfest auf einer Getriebewelle angeordnet werden kann. Mit der äußeren Verzahnung 4 greift der Synchronkörper 2 in eine komplementäre innere Verzahnung 14, die an der nach innen gerichteten Oberfläche 13 einer den Synchronkörper 2 konzentrisch umschließenden Schiebemuffe 12 als zweitem Bauteil angeordnet ist. Die Schiebemuffe 12 weist außenseitig eine durch Ringbandagen 16 gebildete Schaltgabelnut 17 für den Eingriff einer die Synchronisiereinheit 1 betätigenden, nicht dargestellten Schaltgabel auf. Der Synchronkörper 2 und die Schiebemuffe 12 sind über ihre sich in Axialrichtung erstreckenden Verzahnungen 4, 14 formschlüssig verbunden und axial zueinander verschiebbar.The 1 and 2 show a unit according to the invention as a synchronizing unit 1 , The synchronization unit 1 has a synchronous body 2 as a first component, on its outward-facing surface 3 an external toothing 4 is arranged. The synchronizer body 2 has a shaft toothing as a hub 8th on, with which he can be rotatably mounted on a gear shaft. With the external teeth 4 engages the synchronizer body 2 in a complementary inner toothing 14 at the inward facing surface 13 one the synchronizer body 2 Concentric enclosing sliding sleeve 12 is arranged as a second component. The sliding sleeve 12 has on the outside one by ring bandages 16 formed Schaltgabelnut 17 for the intervention of a synchronizing unit 1 actuating, not shown shift fork on. The synchronizer body 2 and the sliding sleeve 12 are beyond their axially extending teeth 4 . 14 positively connected and axially displaceable to each other.

Der Synchronkörper 2 ist kein rotationssymmetrisches Bauteil. Vielmehr ist die äußere Verzahnung 4 des Synchronkörpers 2 umfangsseitig durch drei Funktionselemente 10 in Form von Aussparungen 7 für Arretierungen in drei Verzahnungssegmente 6 gegliedert, die endseitig jeweils einen Arretierfensterzahn 18 aufweisen. Die Arretierungen (nicht dargestellt) dienen zur Einleitung des Vorsynchronisationsprozesses. Die Verzahnungssegmente 6 weisen einen Positionierzahn 9 auf, der erheblich breiter als die übrigen Zähne 5 ausgebildet ist. Mittels des Positionierzahns 9 wird bei der Montage die korrekte Winkelpositionierung der beiden Bauteile Schiebemuffe 12 und Synchronkörper 2 sichergestellt. Weiterhin sind an der Wellenverzahnung 8 Ausnehmungen 11 angeordnet.The synchronizer body 2 is not a rotationally symmetrical component. Rather, the external teeth 4 of the synchronizer body 2 circumferentially by three functional elements 10 in the form of recesses 7 for locking in three toothed segments 6 articulated, the end in each case a Arretierfensterzahn 18 exhibit. The detents (not shown) are used to initiate the Vorsynchronisationsprozesses. The gear segments 6 have a positioning tooth 9 on, which is considerably wider than the other teeth 5 is trained. By means of the positioning tooth 9 During assembly, the correct angular positioning of the two sliding sleeve components is achieved 12 and synchronous body 2 ensured. Furthermore, on the shaft toothing 8th recesses 11 arranged.

Durch die Abweichungen von der Rotationssymmetrie ist der Synchronkörper 2 lokal unterschiedlich belastet. Dadurch dass er im Längsschnitt gesehen zwischen seinen Verzahnungen 4, 8 eine Ringnut 17 zur Gewichtsoptimierung aufweist sind einige Zähne 5 nicht unbedingt hinreichend abgestützt. Speziell die Arretierfensterzähne 18, also sie Zähne, die den Aussparungen 7 benachbart sind, erfahren besonders hohe Kräfte.Due to the deviations from the rotational symmetry is the synchronizer body 2 locally differently loaded. Because he saw in longitudinal section between his teeth 4 . 8th an annular groove 17 for weight optimization have some teeth 5 not necessarily sufficiently supported. Especially the locking window teeth 18 so they have teeth that are the cutouts 7 are adjacent, experienced particularly high forces.

3 zeigt eine erfindungsgemäße Synchronisiereinheit 1. Sie unterscheidet sich von den 1 und 2 dadurch, dass in dem durch die beiden Arretierfensterzähne 18 gebildeten Verzahnungsabschnitt 6 die Zähne 5 des Synchronkörpers 2 eine auf ihre Belastung abgestimmte, (beispielsweise in der Mitte zwischen Zahndach und Zahnfuß gemessene,) individuelle Zahndicke d_i und somit einen Teilungsfehler aufweisen. Die Zähne 15 der Schiebemuffe 12 sind äquidistant angeordnet und weisen eine gleichbleibende Zahnstärke auf. 3 shows a synchronization unit according to the invention 1 , It is different from the 1 and 2 in that in by the two Arretierfensterzähne 18 formed toothing section 6 the teeth 5 of the synchronizer body 2 an individual tooth thickness d _i matched to its load (measured, for example, in the middle between tooth roof and tooth root) and thus having a pitch error. The teeth 15 the sliding sleeve 12 are arranged equidistantly and have a constant tooth thickness.

Die Zähne 5 des Synchronkörpers 2 weisen in dieser Ausführungsform alle im Wesentlichen die gleiche (Evolventen-)Grundform auf. Dem durch die Funktionselemente 10 erzeugten, ungleichmäßigen Lasteintrag wird dadurch Rechnung getragen, dass die bei abwesendem Teilungsfehler am wenigsten belasteten Zähne gegenüber den übrigen Zähnen die breitesten Zahnflanken 21 aufweisen (4). Bei schwacher Krafteinleitung werden daher diese Zähne zunächst belastet. Erst wenn sie sich aufgrund zunehmender Belastung zu verformen beginnen, tragen die benachbarten Zähne mit, so dass eine Überlast einzelner Zähne 5, 15 vermieden wird. Bei voller Drehmomenteinleitung sind die Zähne 5 des Verzahnungssegments 6 so verformt, dass sie idealerweise alle gleich tragen. Dabei ist in dieser Ausbildung der Erfindung ebenfalls auf den weiteren Aufbau des Synchronkörpers 2 bzw. der Schiebemuffe 12 abgestellt, so dass auch gezielte Abweichungen der an sich bei Maximallast gleich tragenden Zähne vorgesehen ist, um aufgrund von weiteren Funktionselementen schwächer belastbare Bereiche der Bauteile 2, 12 zu schützen.The teeth 5 of the synchronizer body 2 In this embodiment, they all have essentially the same (involute) basic form. The through the functional elements 10 generated, uneven load entry is thereby taken into account that the absent division errors least loaded teeth compared to the other teeth, the widest tooth flanks 21 exhibit ( 4 ). For weak force introduction, therefore, these teeth are initially charged. Only when they begin to deform due to increasing load, carry the adjacent teeth, so that an overload of individual teeth 5 . 15 is avoided. At full torque introduction are the teeth 5 of the gear segment 6 deformed so that ideally they all wear the same. It is in this embodiment of the invention also to the further structure of the synchronizer body 2 or the sliding sleeve 12 turned off, so that even targeted deviations of the same at maximum load bearing teeth is provided to due to other functional elements weaker resilient areas of the components 2 . 12 to protect.

4 zeigt den Synchronkörper der 3, wobei die Zahnflanken 21 der Zähne mit dem Teilungsfehler fett und im Maßstab überhöht dargestellt sind. Zum besseren Verständnis ist in dünnen Linien eine Verzahnung ohne Teilungsfehler dargestellt. 4 shows the synchronous body of 3 where the tooth flanks 21 the teeth with the pitch error are shown in bold and in scale exaggerated. For better understanding, a toothing without division error is shown in thin lines.

In einer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flankenreduzierungen der einzelnen Zähne 5 im Verzahnungssegment 6 nicht symmetrisch sind. In Versuchen hat sich herausgestellt, dass eine optimale Belastung dann erreicht wird, wenn nicht der in Bezug auf die Aussparungen 7 mittig angeordnete Zahn den größten Flankendurchmesser aufweist, sondern dieser in Rotationsrichtung versetzt angeordnet ist.In one embodiment of the invention, it is provided that the flank reductions of the individual teeth 5 in the gear segment 6 are not symmetrical. In tests, it has been found that an optimal load is achieved, if not in relation to the recesses 7 centered tooth has the largest pitch diameter, but this is arranged offset in the direction of rotation.

Ferner sind die Flanken der Arretierfensterzähne 18 besonders stark zurückgenommen (3), so dass in unbelastetem Zustand zwischen dem Arretierfensterzahn 18 und den Zähnen 15 der Gegenverzahnung ein Spalt 19 verbleibt. Die Zahndicke ist hier soweit reduziert, dass die Arretierfensterzähne 18 in fast jedem Betriebszustand außer Eingriff stehen, so dass der Belastungseintrag von der Aussparung 7 weg verschoben wird.Furthermore, the flanks of the locking window teeth 18 particularly strongly withdrawn ( 3 ), so that in the unloaded state between the Arretierfensterzahn 18 and the teeth 15 the counter teeth a gap 19 remains. The tooth thickness is reduced so far that the locking window teeth 18 in almost every operating state out of engagement, so that the load entry from the recess 7 is moved away.

Die Flankenreduzierungen 20 sind in besonders einfacher Weise nicht durch Nachbearbeitung in den ansonsten fertig hergestellten Synchronkörper 2 vorgenommen worden, sondern werden bei der Verzahnungsherstellung durch ein entsprechend präpariertes Werkzeug erzeugt, so dass eine Nacharbeit entbehrlich ist.The flank reductions 20 are in a particularly simple way not by post-processing in the otherwise finished synchronizer body 2 have been made, but are produced in the tooth production by a suitably prepared tool, so that a rework is unnecessary.

Die 5a und 5b beziehen sich auf eine Synchronisiereinheit des Standes der Technik. In 5a ist die Abweichung des jeweiligen Zahndurchmessers d vom mittleren Zahndurchmesser d für ein Verzahnungssegment mit 12 Zähnen dargestellt. Aufgrund der gleichen Ausbildung aller Zähne ist die Abweichung null bzw. liegt unterhalb des fertigungstechnisch beeinflussbaren Bereichs. Einem derartigen Verzahnungssegment sind die in 5b dargestellten Zahnkräfte zugeordnet. Die außenseitig gelegenen Arretierfensterzähne (erster und zwölfter Zahn) sind dabei etwa doppelt so stark belastet wie die mittleren Zähne (fünfter bis siebter Zahn).The 5a and 5b refer to a synchronizer unit of the prior art. In 5a the deviation of the respective tooth diameter d from the mean tooth diameter d is shown for a toothed segment with 12 teeth. Due to the same design of all teeth, the deviation is zero or is below the producible influenced range. Such a toothed segment are the in 5b assigned tooth forces. The outer locking window teeth (first and twelfth tooth) are about twice as heavily loaded as the middle teeth (fifth to seventh tooth).

Die 6a und 6b zeigen die Verhältnisse bei einer erfindungsgemäßen Synchronisiereinheit aus den 3 und 4. Während der Zahndurchmesser d aufgrund der vorgenommenen Flankenreduzierungen 20 nach außen hin abnimmt, vergleichmäßigt sich die Kraftverteilung auf die einzelnen Zähne. In erster Näherung und ohne Berücksichtigung anderer Funktionselemente als die Arretierfenster 10 liefert eine cosinus-förmige Dickenvariation der Zähne ein signifikant besseres Tragverhalten.The 6a and 6b show the conditions in a synchronizer according to the invention from the 3 and 4 , While the tooth diameter d due to the flank reductions made 20 decreases towards the outside, the force distribution on the individual teeth is equalized. In a first approximation and without consideration of other functional elements than the locking window 10 A cosinus-shaped thickness variation of the teeth provides significantly better bearing performance.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Synchronisiereinheitsynchronizing
22: Synchronkörpersynchronizer
33: nach außen gerichtete Oberflächeoutward facing surface
44: äußere Verzahnungexternal toothing
55: Zahntooth
66: Verzahnungssegmenttoothed segment
77: Aussparungrecess
88th: Wellenverzahnungshaft splines
99: Positionierzahnpositioning tooth
1010: Funktionselementfunctional element
1111: Ausnehmungrecess
1212: Schiebemuffesliding sleeve
1313: nach innen gerichtete Oberflächeinwardly directed surface
1414: innere Verzahnunginternal gearing
1515: Zahntooth
1616: Ringbandagering bandage
1717: SchaltgabelnutSchaltgabelnut
1818: ArretierfensterzahnArretierfensterzahn
1919: Spaltgap
2020: Flankenreduzierungflank reduction
2121: Zahnflanketooth flank

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3817767 A1 [0003]
DE 10018094 A1 [0004]

Claims

Assembly ( 1 ) with two torque-transmitting, concentrically arranged components ( 2 . 12 ), wherein - the first component ( 2 ) a surface ( 3 ) with an external toothing ( 4 ), - the second component ( 12 ) a surface ( 13 ) with an internal toothing ( 14 ), which in the outer toothing ( 4 ), and - one of the two components ( 2 . 12 ) a functional element ( 10 ), which a different load of the individual teeth ( 5 . 15 ) at least one of the toothings ( 4 . 14 ), characterized in that at least one of the teeth ( 4 . 14 ) has a pitch error to pass through the functional element ( 10 ) or the geometry of the components ( 2 . 12 ) to equalize different loads generated.

Assembly according to claim 1, characterized in that the structural unit as synchronizing unit of a motor vehicle transmission with a sliding sleeve as a second component ( 12 ), wherein the sliding sleeve to the first components ( 2 ) is axially displaceable.

Assembly ( 1 ) according to claim 2, characterized in that one of the toothings ( 4 . 14 ) by the functional element ( 10 ) in gear segments ( 6 ), that the two components ( 2 . 12 ) are not completely on their entire surfaces ( 3 . 13 ) are interlinked.

Assembly ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the functional element ( 10 ) a recess ( 7 ) is for a pressure piece and that in each case several, adjacent to the recess teeth ( 5 . 15 ) Have pitch errors.

Assembly ( 1 ) according to claim 1, characterized in that under load transfer the sum of the deviations of the individual, on each tooth ( 5 . 15 ) acting tooth forces of the average tooth force is lower than in an equidistant toothing.

Assembly ( 1 ) according to claim 1, characterized in that only one of the toothings ( 4 . 14 ) has a pitch error.

Assembly ( 1 ) according to claim 1, characterized in that at low torque transmission not all teeth ( 5 . 15 ) of the gears ( 4 . 14 ) are engaged and only when a threshold value is exceeded all teeth ( 5 . 15 ) Transmit forces.

Assembly ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the pitch error is a thickness reduction ( 8th ) or flank return of certain teeth is formed.

Assembly ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the individual teeth ( 5 . 15 ) within a gearing ( 4 . 14 ) are not equidistant from each other.

Assembly ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the pitch error is between one micrometer and a few hundredths of a millimeter.